无线自组织网络时钟同步方法研究

发布时间：2017-12-13 17:28

  本文关键词：无线自组织网络时钟同步方法研究

  更多相关文章： 无线自组织网络 时钟同步 卡尔曼滤波 平均场 能量最小化

【摘要】：无线自组织网络是一种不依赖预设基础设施而快速组建的临时性网络,由于分布式、多跳、自组织、无中心等特点,使其具备了组网便捷、抗毁性强等优点,在诸多领域都有着重要应用。时钟同步是无线自组织网络的重要的基础支撑技术,是完成数据融合、协作感知、多址接入、定位技术、能量管理等功能的必要前提。由于无线自组织网络自身特性,传统基于结构式的时钟同步方案并不能完全适合无中心的无线自组织网络。当前基于分布式的时钟同步方案则重视在全网时钟分布式同步策略上,并不能有效地实现相邻两节点间的精确时钟同步。本文针对上述问题,提出一种新型的适用于多跳无线自组织网络的分布式时钟同步方案。该方案针对当前时钟同步中时钟偏差难以准确测定和全网时钟基准如何确定两大关键技术问题进行了深入地研究。针对时钟偏差难以准确测定问题,本文在分析802.11下不对称时延产生原因的基础上,提出了一种基于卡尔曼滤波算法的时钟偏差估计方法。该方法有效地保证了相邻两点间的精确时钟同步,并在嵌入式平台得到了了验证。针对全网时钟基准如何确定问题,本文提出了一种基于平均场模型的全网时钟分布式同步方法。该方法将节点之间的时钟偏差映射为团势能,建立了基于伊辛模型能量函数描述的全网时钟同步平均场模型;不维护特殊节点,基于平均场理论,通过节点之间的平均作用确定了全网虚拟时钟基准;采用并行能量最小化的方法,实现全网时钟分布式同步。结合本文所实现的时钟偏差估计方法和全网时钟分布式同步方法,最终形成本文核心的内容——基于平均场的分布式时钟同步协议MFSP。该协议采用广播方式实现双向时间戳交换,有效地降低了消息发送量;基于卡尔曼滤波算法和平均场理论,实现了从两两节点的精确同步到全网时钟的快速收敛的完整分布式时钟同步解决方案。本文详细地阐述了MFSP协议的技术方案和性能,并在QualNet平台对协议进行了设计与实现。最后,利用QualNet平台模拟多种仿真场景,并GTSP协议、ATS协议进行比较,验证了本文MFSP协议快速收敛、收敛时间稳定、对拓扑规模变化不敏感和适用大规模无线自组织网络的特点。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92

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本文编号：1285984